创新设计-triz理论

创新设计创新创新的概念#•创新是新技术、新发明在生产中的首次应用，是建立一种新的生产要素或供应函数，是在生产体系中引进一种生产要素和生产条件的新组合。－－－熊彼特•创新是一个内容很宽的概念，当前所指的科技创新包括制度创新，技术创新和知识创新。创新创新包括创造、发明、发现#„创造：破旧立新，一切具有独创性、新颖性、实用性（或无实用性）、时间性的人类活动。„发明：一切具有独创性、新颖性、实用性、时间性的技术成果。„发现：对科学研究中前所未知事物、现象及其规律性的一种认识活动。创新创新是经济行为#„发明创造只是一种新概念、新设想，或者至多是试验品的产生，哪怕是为人类的知识宝库做出巨大的贡献的伟大发明也不例外。而技术创新则是把发明或其他科技成果引人生产体系，利用某些原形制造出市场需要的商品，从而使生产系统产生震荡效应。这种科技成果商业化和产业化的过程，才是技术创新。„发明的数量很大，但是真正能转化为产品即产品创新的却寥寥无几，一是因为此过程往往是耗时多，难度大，成功的概率相对较小；二是有些发明不具有商业开发的价值。设计设计分为三个层面„设计哲学„从心理学、认知层面研究设计本质„设计理论与方法„设计过程理论及其他学科对设计的指导„设计应用„各种设计技术：产品设计，稳健设计，可靠性设计，优化设计等创新设计设计过程是解决问题的过程，是产品由初始状态变换到理想状态的过程„常规设计„解决所有变换步骤已知的常规问题的设计„创新设计„解决变换步骤未知的发明问题的设计„创新设计的核心是概念设计，特征是在概念设计阶段解决设计中的冲突和矛盾，提出新的原理解参考：设计流程设计设计(CAD)(CAD)虚拟样机虚拟样机(CAE)(CAE)加工加工(CAM)(CAM)物理物理样机样机虚拟虚拟样机样机参数参数设计设计产品产品详细详细设计设计模拟模拟验证验证概念设计计算机辅助创新计算机辅助创新（（CAICAI））发现问题生成创新方案基本CAE分析优化设计价值评估概念设计方案设计技术设计施工设计TRIZ方法TheoryforSolvingInventiveProblemsTriz理论体系„技术系统的进化法则„昀终理想解（IFR）„40个发明原理„矛盾矩阵„技术矛盾与物理矛盾„物－场分析（su－field）„发明问题标准解法„发明问题解决算法（ARIZ）„科学效应和现象TRIZ的起源、发展„TRIZ理论是由俄国人GenrichAltshuller在1940年代所创。他审阅世界各种专利达四十万则，而发现这些发明之后的规律„苏联解体前的国家机密„数百家大学、研究所和企业的研究成果„近半个世纪的研究和完善„分析了250万件的发明专利TRIZ的方法论标准问题GeneralProblem标准解决方法GeneralSolution特殊问题SpecificProblem问题的解SpecificSolution123分析应用抽象TRIZ的优势试错法可能的解理想解TRIZ的优势可能解的集合理想解技术系统进化法则Triz理论基础基本假设„生产实践中遇到的技术矛盾往复出现„不同时代、不同领域的发明，其应用原理被反复利用„其他领域的科学原理可解决本领域技术问题„产品或技术系统的进化有规律可循Triz理论基础发明创造等级划分„第一级：通常的设计问题－个人知识„第二级：系统少量改进－行业理论、公司内知识„第三级：系统根本性改进－行业内知识„第四级：全新原理的系统功能创新－科学知识„第五级：新系统发明－科学新发现，所有知识Triz理论基础级别创新的程度百分比知识来源参考解的数目1显然的解32%个人的知识102少量的改进45%企业内的知识1003根本性的改进18%行业内的知识1,0004全新的概念4%行业外的知识100,0005发明创造1%全社会的知识1,000,000发明创造等级划分一、技术系统进化法则依据„技术进化过程有其自身规律与模式，所有系统都是向着“昀终理想化”进化的。„一个工程领域的进化模式及进化路线可在另一工程领域中得以实现。即技术进化具有可传递性。进化法则„进化模式„进化路线技术系统的进化模式„技术系统的生命周期－S曲线„提高理想度„子系统不均衡进化„增加动态性和可控性„增加集成度再进行简化„子系统协调性进化„微观和场的应用„增加自动化，减少人的介入„其他性能参数快速增长期成熟期幼年期时间模式1：S—曲线退出期模式2：理想化„理想度（化）＝有用的效应（功能）／有害的效应（功能）„目的在于将系统的有用机能昀大化，同时将有害结果昀小化模式5：多系统集成再简化模式5：多系统集成再简化模式4：动态性模式7：微观化和场化模式7：微观和场化思考题：下一代手机？二、冲突（矛盾）技术冲突„系统的几个元件或参数互为冲突„当一个参数被改善时，另一个参数即变差物理冲突„更基本层次的矛盾„系统的一个元件或参数出现自身矛盾的要求„阿奇舒勒矛盾矩阵的对角线TRIZ的冲突解决方法论标准问题GeneralProblem标准解决方法GeneralSolution特殊问题SpecificProblem问题的解SpecificSolution123选择应用40条发明创造原理39个工程参数阿奇舒勒矛盾矩阵39个技术参数40个发明创造原理恶化的改善的阿奇舒勒矛盾矩阵39个工程参数„物理或几何参数„通用技术负向参数„通用技术正向参数„见教材P10TRIZ的40个发明创造原理„空间的转换„时间的转换„主体的转换„作用力的转换„材料或形态的转换„环境的转换40个发明原理序号名称序号名称序号名称序号名称1分割11预补偿21紧急行动31多孔材料2分离12等势性22变有害为有益32改变颜色3局部质量13反向23反馈33同质性4不对称14曲面化24中介物34抛弃与修复5合并15动态化25自服务35参数变化6多用性16未达到或超过的作用26低成本、不耐用的物体代替昂贵、耐用的物体36状态变化7套装17维数变化27复制37热膨胀8质量补偿18振动28机械系统的替代38加速强氧化9预加反作用19周期性作用29气动与液压结构39惰性环境10预操作20有效作用的连续性30柔性壳体或薄膜40复合材料由俄罗斯套娃说起一般性创新原理将小物体置于中空的大物体内以节省空间创新原理应用实例4、增加不对称性17、增大接触面积34、抛弃或再生26、复制美国专利：美国专利：5,406,8685,406,868创新原理应用实例创新原理应用实例„矛盾：采用功率更大的引擎，需要有更多的空气进入引擎，使引擎整流罩的直径增大，但与地面的距离减小了，严重地影响了飞机的安全。建议:将对称物体的形状改为非对称的。1.分割（空间转换）„分割物体为独立的零件„分割物体成为组合式的对象1.分割„增加物体分割的程度4.不对称（空间转换）希望刷子毛既短而硬，又长而软应用不对称不对称的漏斗漩涡使水外旋，降低下漏速度。不对称的漏水口降低漩涡速度，而增快漏水速度。14.曲面化原理（空间转换）„以旋转运动取代线性运动，利用离心力7.嵌套(Nesting)„把物体放在其它物体之内„一个物体可通过另一个物体的孔洞„例：伸缩天线、可堆栈的塑料椅、内部可储存笔心的自动铅笔10.预操作原理（时间转换）„事先完成全部或部份动作容易拆的石膏模锯开石膏时，容易使患者受伤。预先安置锯条在石膏模中。11.预补偿（防范）原理（时间转换）„为了补偿低可靠性的物体，可事先采取对策2.分离原理（主体转换）„从物体中移除令人不快的零件或属性„从物体中抽出需要的零件或属性26.复制„用简单、便宜的复制品取代复杂、昂贵、易脆、不方便的物体来操作„以光学复制品，光学影像代替一个物体或系统，一个尺度能被用来缩小或放大影像„以红外线或紫外线复制取代可见光复制„例:物体的高度可由测量它们的阴影面决定24.中介物„利用一个中间物体去转换或完成一个动作„暂时地将一个物体和另一个连接在一起以方便将它移除„例:当通电流于液态金属时为减少能源损失，使用冷的电极和具较低融溶温度的中间液态金属18.振动原理（作用力转换）„使物体振动。如果已振动，增加它的频率，甚至可达到超音速„利用共振频率„使用压力振动取代机械振动；运用电磁场与超音波振动连结„例:以振动手术刀取代传统手锯；振动铸造模以改善流动特性29.运用气动和液压（作用力转换）„以气体或液体取代一个物体的固体零件一这些零件能用空气或水面膨胀或用空气或流体静力的缓冲垫。„例:使用气泡封套或类似泡沫的材料运送易碎产品。脉动气流脉动空气的冷却效果比稳定气流更好。利用对称流道的振动效果产生脉动气流。提把硬的提把不舒适。用水填充的提把可以配合手形自动调整。物理冲突（矛盾）解决原理1.空间上分开2.时间上分开3.关系上分开4.层次上分开SeparationinspaceSeparationinTimeSeparationinrelationSeparationinsystemlevel空间上分开：如子弹射出枪膛的过程火药子弹矛盾：直径必须大使球容易滑出，但同时直径必须小使不漏气解决方案思考题：快速且安全的拆信方法传统拆信方式„昀快拆信方法„直接撕开„缺点：损毁内部文件„昀可靠拆信„辅助器具：摇晃信封、剪刀、拆信刀„优点：信封口漂亮、不损文件„缺点：麻烦問題核心vs.技术矛盾25快速拆信(減少拆信时间)25快速拆信(減少拆信时间)27可靠度24确保信內信息不被毀损27可靠度24确保信內信息不被毀损33方便性(不需使用外在工具)33方便性(不需使用外在工具)如何用最少的时间（最方便）打开信封且不损资料的安全改善的参数不希望变坏的参数不希望变坏的参数解決方案(1)25快速拆信(減少拆信時間)25快速拆信(減少拆信時間)27可靠度27可靠度#10预先作用#30弹性膜或薄片事先加一个物体预先将封口打洞于物体外加上一個弹性膜、薄片或撕帶#30弹性膜或薄片#10预先作用#4非对称性解決方案(2)27可靠度27可靠度33方便性(不需使用外在工具)33方便性(不需使用外在工具)#17增加一个维度(Dimension)信封口与撕帶結合#27可拋弃物体#17增加一个維度#40复合材料多层组合物体取代单层传统信封vs.安全快速拆信结构U.S.Pat.5,732,877三、物-场分析#F1S1S2技术系统的物-场模型#„技术系统的目的是执行「功能(function)」。它的基本组成包括两个物质(Substance)和它们之间的作用力，称为场(Field)。场是产生作用力的一种能量。技术系统的功能模型可以用一个完整的物场三角形来表示。FS1S2物的种类#„材料„工具„零件„人„环境场的种类#„机械„热„化学„电„磁模型例#„铣刀切割零件机械力铣刀零件物－场模型应用#„例：模型元素全，但效果不足FS2S1物－场模型应用#„解决方法1:增加新场F2来增强效果„例如：要黏合两个零件时，用夹子帮助固定。FS2S1F2考点„创新设计有关概念P1„TRIZ解决发明问题的一般方法P3„发明分为5个等级，冲突分为3类P3、P7„物理冲突、技术冲突的定义P7、9„解决物理冲突的分离原理P7„39个工程参数分为3类P10„40条发明创造原理P12„11种技术系统进化模式P33